(57)【要約】【課題】  従来と同様な簡便な手法により高重量無転位単結晶を育成でき、単結晶の高重量による荷重や地震等を原因とするネック部の破断が生じても、ルツボ内への単結晶の落下を回避することのできる単結晶引上装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  単結晶Ｃの引上げを行う引上げ手段５と、前記引上げ手段５によって引上げられる単結晶Ｃの上端Ｃ１を吸着する吸着部７ｉが下端に設けられ、前記吸着部７ｉが単結晶Ｃの引上げ通路に沿って昇降自在に設けられた単結晶支持手段７と、前記引上げ手段５によって引上げられる単結晶Ｃの上端部温度を検出する温度検出手段２２と、前記単結晶支持手段７の動作制御を行う制御手段２２ｂとを備え、前記単結晶支持手段７は、単結晶Ｃの上端Ｃ１を吸着するための前記吸着部７ｉと、前記吸着部７ｉに形成された吸引口７ｋと、前記吸引口７ｋに負圧を発生するための負圧発生手段１６と、前記吸着部７ｉにおいて前記吸引口７ｋの周囲に形成された熱軟化性ガラスのパッド７ｊとを有する。【選択図】  図１
2007008770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置において、
前記単結晶の引上げを行う引上げ手段と、前記単結晶の上端を吸着する吸着部が下端に設けられ、前記吸着部が前記単結晶の引上げ通路に沿って昇降自在に設けられた単結晶支持手段と、前記単結晶の上端部温度を検出する温度検出手段と、前記単結晶支持手段の動作制御を行う制御手段とを備え、
前記単結晶支持手段は、前記吸着部と、前記吸着部に形成された吸引口と、前記吸引口に負圧を発生するための負圧発生手段と、前記吸引口の周囲に形成された熱軟化性ガラスのパッドとを有し、
前記制御手段は、前記温度検出手段による検出温度が第一の温度になると、前記吸着部に形成された前記パッドを単結晶の上端部に接触させ、前記温度検出手段による検出温度が第二の温度になると、前記負圧発生手段を駆動し前記吸引口により単結晶の上端部を吸引させることを特徴とする単結晶引上装置。
【請求項２】
チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる引上げ手段と、前記単結晶の上端を吸着する吸着部が下端に設けられ、前記吸着部が前記単結晶の引上げ通路に沿って昇降自在に設けられた単結晶支持手段と、前記単結晶の上端部温度を検出する温度検出手段と、前記単結晶支持手段の動作制御を行う制御手段とを備え、且つ、前記単結晶支持手段は、前記吸着部と、前記吸着部に形成された吸引口と、前記吸引口に負圧を発生するための負圧発生手段と、前記吸引口の周囲に形成された熱軟化性ガラスのパッドとを有する単結晶引上装置の制御方法であって、
前記制御手段は、前記温度検出手段による検出温度が第一の温度になると、前記吸着部に形成された前記パッドを単結晶の上端部に接触させるステップと、
前記温度検出手段による検出温度が第二の温度になると、前記負圧発生手段を駆動し前記吸引口により単結晶の上端部を吸引させるステップとを実行することを特徴とする単結晶引上装置の制御方法。
【請求項３】
前記制御手段は、前記負圧発生手段を駆動し前記吸引口により前記単結晶の上端部を吸引させるステップの後、
前記単結晶支持手段と前記引上げ手段とにより前記単結晶を引上げるステップを実行することを特徴とする請求項２に記載された単結晶引上装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）によって単結晶を引上げる単結晶引上装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶の育成に関し、ＣＺ法が広く用いられている。この方法は、ルツボ内に収容されたシリコンの溶融液の表面に種結晶を接触させ、ルツボを回転させるとともに、この種結晶を反対方向に回転させながら上方へ引上げることによって、種結晶の下端に単結晶を形成していくものである。
【０００３】
図６に示すように、従来のＣＺ法を用いた引上げ法は、先ず、石英ガラスルツボ５１に原料シリコンを装填し、ヒータ５２により加熱してシリコン融液Ｍとする。しかる後、引上げ用のワイヤ５０に取り付けられた種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させてシリコン結晶Ｃを引上げる。
【０００４】
一般に、引上げ開始に先立ち、シリコン融液Ｍの温度が安定した後、図７に示すように、種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させて種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングを行う。ネッキングとは、種結晶Ｐをシリコン融液Ｍに接触させることで発生するサーマルショックによりシリコン単結晶に生じる転位を除去する不可欠の工程である。このネッキングによりネック部Ｐ１が形成される。また、このネック部Ｐ１は、一般的に、直径が３〜４ｍｍで、その長さが３０〜４０ｍｍ以上必要とされている。
また、引上げ開始後の工程としては、ネッキング終了後、直胴部直径にまで結晶を広げるクラウン工程、製品となる単結晶を育成する直胴工程、直胴工程後の単結晶直径を除除に小さくするテール工程が行われる。
【０００５】
ところで、ＣＺ法により製造される単結晶は、これまで直径が８インチで、重量が１００ｋｇ前後のものが主流であった。しかし、最近になって更なる大口径化が求められ、１２インチ結晶では、３００ｋｇに達する単結晶の製造が行われるようになってきている。
ここで、図８に、３００ｋｇ近い単結晶を製造する場合の、ネッキング開始から結晶取出しまでの時間経過と、育成される結晶の重量との関係をグラフに示す。このグラフに示すように直胴工程後のテール工程開始から結晶取出しまでの時間は、全所要時間の約半分を占めるほど長時間を要する。
【０００６】
即ち、テール工程開始後は、長時間の間、ネック部により高重量の単結晶を支持しなければならない。このため、将来的に直径が１２インチよりも大きな単結晶を製造する場合には、テール工程後においてネック部だけでは単結晶を支持出来なくなる虞があった。
また、１２インチ結晶であっても、地震等の大きな揺れが発生した場合には、ネック部に対し、単結晶の重量に、揺れによる外力が加わり、単結晶の重量を支えきれずに単結晶の育成中にネックが破断する虞があった。その結果、ルツボに単結晶が落下し、ルツボや装置が破壊され、大変危険であるという問題があった。
【０００７】
このような問題に対し、例えば、特許文献１（特公平７−１０３０００号公報）には、図９に示すように、単結晶Ｃの一部にくびれ部５３を形成し、このくびれ部５３を複数の爪５４で引っかけ、さらにリング５５で複数の爪５４を固定することにより単結晶Ｃの荷重を支える引上装置２００が開示されている。
【特許文献１】特公平７−１０３０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１にあっては、単結晶Ｃに形成されるくびれ部５３の径は、育成した単結晶の径よりも細く形成される。このため、くびれ部周辺の部分は、製品として用いることができず、生産効率が低下するという課題があった。また、くびれ部５３を形成するための原料シリコンが必要となり、コストが増大するという課題もあった。さらには、くびれ部５３に複数の爪５４を引っかける際、全ての爪５４で同時にくびれ部５３を掴まないと、結晶がルツボの中で揺れるおそれがあり、その場合には、結晶が有転位化して、所望の無転位結晶を育成できないという課題があった。
【０００９】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、従来と同様な簡便な手法により高重量無転位単結晶を育成でき、単結晶の高重量による荷重や地震等を原因とするネック部の破断が生じても、ルツボ内への単結晶の落下を回避することのできる単結晶引上装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記した課題を解決するために、本発明に係る単結晶引上装置は、チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる単結晶引上装置において、前記単結晶の引上げを行う引上げ手段と、前記単結晶の上端を吸着する吸着部が下端に設けられ、前記吸着部が前記単結晶の引上げ通路に沿って昇降自在に設けられた単結晶支持手段と、前記単結晶の上端部温度を検出する温度検出手段と、前記単結晶支持手段の動作制御を行う制御手段とを備え、前記単結晶支持手段は、前記吸着部と、前記吸着部に形成された吸引口と、前記吸引口に負圧を発生するための負圧発生手段と、前記吸引口の周囲に形成された熱軟化性ガラスのパッドとを有し、前記制御手段は、前記温度検出手段による検出温度が第一の温度になると、前記吸着部に形成された前記パッドを単結晶の上端部に接触させ、前記温度検出手段による検出温度が第二の温度になると、前記負圧発生手段を駆動し前記吸引口により単結晶の上端部を吸引させることに特徴を有する。
【００１１】
また、前記した課題を解決するために、本発明に係る単結晶引上装置の制御方法は、チョクラルスキー法によってルツボから単結晶を引上げる引上げ手段と、前記単結晶の上端を吸着する吸着部が下端に設けられ、前記吸着部が前記単結晶の引上げ通路に沿って昇降自在に設けられた単結晶支持手段と、前記単結晶の上端部温度を検出する温度検出手段と、前記単結晶支持手段の動作制御を行う制御手段とを備え、且つ、前記単結晶支持手段は、前記吸着部と、前記吸着部に形成された吸引口と、前記吸引口に負圧を発生するための負圧発生手段と、前記吸引口の周囲に形成された熱軟化性ガラスのパッドとを有する単結晶引上装置の制御方法であって、前記制御手段は、前記温度検出手段による検出温度が第一の温度になると、前記吸着部に形成された前記パッドを単結晶の上端部に接触させるステップと、前記温度検出手段による検出温度が第二の温度になると、前記負圧発生手段を駆動し前記吸引口により単結晶の上端部を吸引させるステップとを実行することに特徴を有する。
尚、前記負圧発生手段を駆動し前記吸引口により単結晶の上端部を吸引させるステップの後、前記単結晶支持手段と前記引上げ手段とにより単結晶を引上げるステップを実行することが望ましい。
【００１２】
このように単結晶支持手段で単結晶を支持しながら引上げることにより、高重量の単結晶であっても、或いは地震等の揺れでネック部が破断しても、単結晶を落下させずに引上げることができる。
また、単結晶に対する単結晶支持手段の吸着部において、熱軟化性ガラスをパッドとして用いるため、高温の炉体の中であっても吸着部と単結晶上端部を密着させることができ、確実に吸引吸着させることができる。尚、そのとき単結晶支持手段における熱軟化性ガラスの軟性の状態を、それと接触する単結晶上端部の温度検出により判断するため、吸引に適した熱軟化性ガラスの軟性状態のときに確実に吸引することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来と同様な簡便な手法により高重量無転位単結晶を育成でき、単結晶の高重量による荷重や地震等を原因とするネック部の破断が生じても、ルツボ内への単結晶の落下を回避することのできる単結晶引上装置及びその制御方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係わる単結晶引上装置及びその制御方法の実施形態について図面に基づき説明する。図１は本発明に係る単結晶引上装置１の構成を模式的に示すブロック図である。
この単結晶引上装置１は、メインチャンバ２ａの上にプルチャンバ２ｂを重ねて形成された炉体２と、この炉体２内に設けられた石英ガラスルツボ３と、この石英ガラスルツボ３に装填された半導体原料（原料シリコン）Ｍを溶融するヒータ４と、育成される単結晶Ｃを引上げる引上げ機構５とを有している。
引上げ機構５は、モータ駆動される巻取り機構５ａと、この巻取り機構５ａに巻き上げられる引上げワイヤ５ｂとを有し、このワイヤ５ｂに種結晶Ｐが取り付けられている。
【００１５】
また、単結晶引上装置１は、単結晶Ｃのテール部を形成した後の引上げ工程において、単結晶Ｃの上端部であるクラウン部Ｃ１を吸着することにより単結晶Ｃを支持する単結晶支持手段７を備えている。この単結晶支持手段７は、夫々の径が少しずつ異なる複数（図では３つ）の円筒体７ａ〜ｃを有し、それら円筒体の中心にワイヤ５ｂが挿通されている。円筒体７ａ〜ｃは、相互に摺動自在に接続され、円筒体全体としてスライド伸縮可能に構成されている。また、このうち円筒体７ａは、昇降することなく、プルチャンバ２ｂ上端に固定される。このため、円筒体７ａに対し、その下方で円筒体７ｂ、７ｃが上下にスライド移動するようになされている。
【００１６】
この円筒体７ａ〜ｃによるスライド伸縮の駆動方法は、例えば次のようになされる。円筒体７ｃの下端周縁には、円筒体７ｃを支持するための円環状部材７ｅが設けられる。この円環状部材７ｅには均等間隔で複数のワイヤ７ｆの一端が接続され、ワイヤ７ｆの他端は、昇降駆動部７ｄに接続される。そして、昇降駆動部７ｄがワイヤ７ｆの巻き取りをモータ駆動することでワイヤ長に合わせた円筒体７ａ〜ｃの伸縮動作が行われる。
尚、昇降駆動部７ｄの動作制御は、昇降駆動制御部１５によってなされ、この昇降駆動制御部１５の制御はコンピュータ８の演算制御装置８ｂによってなされる。
【００１７】
また、単結晶支持手段７の下端、即ち、円筒体７ｃの下端には、図２に示すように、単結晶Ｃの上端部であるクラウン部Ｃ１を吸着するための吸着部７ｉが形成されている。
吸着部７ｉには、吸引口７ｋが形成され、この吸引口７ｋは、クラウン部Ｃ１を均一な吸引力で吸引できるように、図３に示すように円環状に形成されている。また、吸着部７ｉにおいて、吸引口７ｋの外側の周囲と内側の周囲には夫々、熱軟化性ガラスにより形成されたパッド７ｊが設けられている。
尚、吸着部７ｉの全体的な形状は、クラウン部Ｃ１の形状に対応するよう逆円錐状に形成されている。
【００１８】
また、吸引口７ｋは、図２に示すようにワイヤ５ｂの通路７ｇの周りに形成された吸引路７ｈに連通し、この吸引路７ｈは、負圧発生手段である真空ポンプ１６（図１参照）に接続されている。即ち、真空ポンプ１６が駆動することによって、吸引路７ｈの真空引きが行われ、吸引口７ｋに負圧が発生して吸着力が生じるようになされている。尚、真空ポンプ１６の制御はコンピュータ８の演算制御装置８ｂによってなされる。
【００１９】
また、この単結晶引上装置１は、テール工程後に単結晶Ｃのクラウン部Ｃ１の表面温度を測定するクラウン部温度検出器２２（温度検出手段）を炉体２内に備えている。このクラウン部温度検出器２２は、例えば測定対象に非接触状態で温度を測定することのできる反射型温度計であって、これにより検出された温度はコンピュータ８の演算制御装置８ｂに通知されるようになされている。
【００２０】
また、図１に示す単結晶引上装置１は、シリコン融液Ｍの温度を制御するヒータ４の供給電力量を制御するヒータ制御部９と、石英ガラスルツボ３を回転させるモータ１０と、モータ１０の回転数を制御するモータ制御部１０ａとを備えている。さらには、石英ガラスルツボ３の高さを制御する昇降装置１１と、昇降装置１１を制御する昇降装置制御部１１ａと、成長結晶の引上げ速度と回転数を制御するワイヤリール回転装置制御部１２とを備えている。これら各制御部９、１０ａ、１１ａ、１２はコンピュータ８の演算制御装置８ｂに接続されている。
【００２１】
次に、このように構成された単結晶引上装置１における単結晶引上げの制御方法について、図４のフロー及び図５の工程図に基づき説明する。
最初に石英ガラスルツボ３に原料シリコンＭを装填し、コンピュータ８の記憶装置８ａに記憶されたプログラムに基づき、以下のように結晶育成工程が開始される（図４のステップＳ１）。
【００２２】
先ず、演算制御装置８ｂの指令によりヒータ制御部９を作動させてヒータ４を加熱し、石英ガラスルツボ３の原料シリコンＭが溶融される。
さらに、演算制御装置８ｂの指令によりモータ制御部１０ａ、昇降装置制御部１１ａ、ワイヤリール回転装置制御部１２が作動し、石英ガラスルツボ３が回転させられると共に、巻取り機構５ａが作動してワイヤ５ｂが降ろされる。そして、ワイヤ５ｂに取付けられた種結晶Ｐがシリコン融液Ｍに接触され、種結晶Ｐの先端部を溶解するネッキングが行われてネック部Ｐ１が形成される。
【００２３】
しかる後、演算制御装置８ｂの指令によりヒータ４への供給電力や、単結晶引上げ速度（通常、毎分数ミリの速度）などをパラメータとして引上げ条件が調整され、結晶を直胴径まで拡径する（単結晶の上端部であるクラウン部Ｃ１を形成する）クラウン工程からテール部を形成するテール工程までが順に行われる。
【００２４】
次いで、ワイヤ５ｂが巻き取られることにより単結晶Ｃが引上げられる。尚、単結晶Ｃが融液から完全に引上げられると、単結晶Ｃの回転動作は停止される。
そして、所定の位置まで単結晶Ｃが引上げられると、クラウン部温度検出器２２によりクラウン部Ｃ１の温度が検出される（図５（ａ）参照）。ここで、クラウン部Ｃ１の温度が第一の温度、例えば７００℃まで下がっていれば（図４のステップＳ２）、演算制御装置８ｂは単結晶支持手段７の吸着部７ｉを昇降駆動部１５により降下させる（図４のステップＳ３）。
【００２５】
前記ステップＳ３により吸着部７ｉが降下されると、吸着部７ｉは、引上げられている単結晶Ｃのクラウン部Ｃ１と接触する（図４のステップＳ４）。尚、ここで吸着部７ｉの降下動作は停止され、単結晶Ｃの引上げ動作に同期して吸着部７ｉは上昇制御される。
また、ステップＳ４での吸着部７ｉとクラウン部Ｃ１との接触においては、熱軟化性ガラスにより形成されたパッド７ｊとクラウン部Ｃ１とが接触する。クラウン部Ｃ１の温度が約７００℃であれば、熱軟化性ガラスが軟化し、軟化したパッド７ｊがクラウン部Ｃ１に密着する。これにより吸引路７ｈの雰囲気はチャンバ内の雰囲気に対し遮断される。
【００２６】
また、パッド７ｊが軟化状態のまま、吸引路７ｈの真空引き開始すると、パッド７ｊとクラウン部Ｃ１との間に通気孔が生じ、高精度な真空引きが出来ないおそれがある。そのため、パッド７ｊが固化するまで、真空引きの動作は待機され、引き続き単結晶Ｃの引上げが行われる（図４のステップＳ５）。通常、軟化した熱軟化性ガラスは、６００℃の温度まで下がると固化する。このため、演算制御装置８ｂは、クラウン温度検出器２２により検出される温度が第二の温度（第一の温度より低い温度）、即ち６００℃になる状態まで温度変化を監視する。
【００２７】
パッド７ｊの固化が、温度検出により検出されると（図４のステップＳ６）、演算制御装置８ｂは真空ポンプ１６を稼動し、吸引路７ｈを真空引きして吸引口７ｋからクラウン部Ｃ１を吸引する（図４のステップＳ７）。これにより単結晶Ｃは単結晶支持手段７により完全に支持された状態になされる。
そして、図５（ｂ）乃至図５（ｄ）に示すように、引上げ機構５によるワイヤ５ｂの巻き取り動作に同期して円筒体７ａ〜７ｃの全体長が縮小され、単結晶Ｃは取出し工程の位置まで引上げられる（図５のステップＳ８）。
【００２８】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、テール工程後において単結晶支持手段７で単結晶Ｃを支持しながら引上げることにより、高重量の単結晶であっても、或いは地震等の揺れでネック部が破断しても、単結晶Ｃを落下させずに引上げることができる。
また、単結晶Ｃに対する単結晶支持手段７の吸着部７ｉにおいて、熱軟化性ガラスをパッド７ｊとして用いるため、高温の炉体２の中であっても吸着部７ｉと単結晶Ｃのテール部Ｃ１を密着させることができ、確実に吸引吸着させることができる。
尚、そのときパッド７ｊ（熱軟化性ガラス）の軟性の状態を、それと接触するクラウン部Ｃ１の温度検出により判断するため、吸引に適した熱軟化性ガラスの軟性状態のときに確実に吸引することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げる単結晶引上装置に関するものであり、半導体製造業界等において好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明に係る単結晶引上装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の単結晶引上装置が有する単結晶支持手段の吸着部の構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、図１の単結晶引上装置が有する単結晶支持手段の吸着部を下から見た図である。
【図４】図４は、図１の単結晶引上装置における単結晶支持手段の動作を説明するためのフロー図である。
【図５】図５は、図１の単結晶引上装置における単結晶支持手段の動作を説明するための工程図である。
【図６】図６は、従来のＣＺ法を用いた引上げ法を説明するための図である。
【図７】図７は、従来のＣＺ法を用いた引上げ法においてネック部の形成を説明するための図である。
【図８】図８は、単結晶を製造する場合の、ネッキング開始から結晶取出しまでの時間経過と、育成される結晶の重量との関係を示したグラフである。
【図９】図９は、従来の単結晶引上装置において、単結晶を保持する手段を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      単結晶引上装置
２      炉体
２ａ    メインチャンバ
２ｂ    プルチャンバ
３      石英ガラスルツボ
４      ヒータ
５      引上げ機構（引上げ手段）
６      輻射シールド
７      単結晶支持手段
７ｉ    吸着部
７ｊ    パッド
７ｋ    吸引口
８      コンピュータ
８ａ    記憶装置
８ｂ    演算記憶装置（制御手段）
１５    支持部本体
１６    真空ポンプ（負圧発生手段）
２１    回転駆動部
２２    クラウン部温度検出器（温度検出手段）
Ｃ      単結晶
Ｃ１    クラウン部
Ｍ      原料シリコン、シリコン融液
Ｐ      種結晶
Ｐ１    ネック部
【図１】
2007008770.tif 000003
【図２】
2007008770.tif 000004
【図３】
2007008770.tif 000005
【図４】
2007008770.tif 000006
【図５】
2007008770.tif 000007
【図６】
2007008770.tif 000008
【図７】
2007008770.tif 000009
【図８】
2007008770.tif 000010
【図９】
2007008770.tif 000011